用于光探测和测量的光环形振荡器传感器

环形振荡器广泛地应用在时钟产生和系统定标的集成电路中。芯片制造商经常用新的制造技术制造环形振荡器和测量其振荡频率。这提供了有关数字电路基本构建单元—反向器电路传播延迟时间的直接信息。

   简单的环形振荡器由奇数个反向器串联构成，最后级的输出馈入第1级的输入。从反馈通路分接输出并缓冲输出，使其有更好的时钟性能。与谐振和张弛 振荡器不同，环形振荡器可以提供多相时钟波形，每个时钟来自单独反相器的输出而且相邻反相器输出的相位是不同的。环形振荡器所产生的方波频率f为：

   f=1(2Ntpd)

   其中N是环形振荡器链路中的反向器数，tpd是所用反相器的传播延迟。本文所述的光使能环形振荡器可以方便的用于探测光和测量光强非常小的变化。

   光环形振荡器电路，它是由5个电阻加载的双极反向器级组成的。电路中所用光电晶体管BP×38是Siemens Microelectronics 公司的产品。环形振荡器外部1个附加晶体管级是用做为缓冲器级，以改善输出波形和提供驱动电流缓冲。BP×38是中等增益的NPN硅光电晶体管，封装为 T018金属管壳，带1个集成的平面透镜。它具有90度宽接收角，这很容易自由空间耦合。它具有300nA室温暗电流。

   做成1个环形晶体管可接收光，而把其他晶体管闭锁，把它们的透镜涂上黑色。当上电时，电路振荡并产生方波，其占空比敏感于光强度的小变化。可以构建两个相同的电路，其中1个电路用做无光参考。然后，可用锁相环精确测量两个通道之间的相位差。

   用655nm红光半导体激光器二极管照射，在入射光强度小于50微瓦时可引起1个全时间周期的最大时钟相移。对于光强度的较大变化，振荡频率本身是变化的，并将指明光的存在是否。